第1章　緒論

1.1　基本概念

1.1.1　空氣污染

空氣是由一定比例的氮氣、氧氣、二氧化碳、水蒸氣和固體雜質(zhì)微粒組成的混合物。標準狀態(tài)下干燥空氣的成分（按體積計算）：氮氣占78.08％，氧氣占20.94％，稀有氣體占0.93％，二氧化碳占0.03％，其他氣體及雜質(zhì)約占0.02％。

引起大氣成分變化的因素有自然因素和人為因素。火山爆發(fā)時有大量的粉塵和二氧化碳等氣體噴射到大氣中，造成該地區(qū)煙霧彌漫，毒氣熏人；雷電等自然原因引起的森林大面積火災(zāi)也會增加二氧化碳和煙粒的含量等。一般來說，這些自然因素是局部的，短時間的。人為因素（工業(yè)廢氣、生活燃煤、汽車尾氣、核爆炸等）被認為是導(dǎo)致大氣成分變化的主要因素，尤其是工業(yè)生產(chǎn)和交通運輸。

空氣污染過程由污染源排放、大氣傳播、人與物受害這三個環(huán)節(jié)所構(gòu)成。影響空氣污染范圍和強度的因素有污染物的性質(zhì)（物理的和化學(xué)的），污染源的性質(zhì)（源強、源高、源內(nèi)溫度、排氣速率等），氣象條件（風(fēng)向、風(fēng)速、溫度層結(jié)等）和地表性質(zhì)（地形起伏、粗糙度、地面覆蓋物等）。隨著現(xiàn)代工業(yè)和交通運輸?shù)陌l(fā)展，向大氣中持續(xù)排放的物質(zhì)數(shù)量越來越多，種類越來越復(fù)雜，引起大氣成分發(fā)生急劇的變化。當(dāng)大氣正常成分之外的物質(zhì)達到對人類健康、動植物生長以及氣象氣候產(chǎn)生危害的時候，就說明大氣受到了污染。

按照國際標準化組織（ISO）的定義，空氣污染（又稱為大氣污染）通常是指由于人類活動或自然過程引起某些物質(zhì)進入大氣中，呈現(xiàn)出足夠的濃度，達到足夠的時間，并因此危害了人類的舒適、健康和福利或環(huán)境的現(xiàn)象。換言之，只要是某一種物質(zhì)其存在的量、性質(zhì)及時間足夠?qū)θ祟惢蚱渌铩⒇斘锂a(chǎn)生影響，我們就可以稱其為空氣污染物；而其存在造成之現(xiàn)象，就是空氣污染。

1.1.2　空氣污染源

如前文所述，導(dǎo)致空氣污染的源有自然源和人為源。火山爆發(fā)、雷電等自然源往往局部的、短時間的，而且是難以人為控制的。人為源被認為是導(dǎo)致空氣污染的主要因素，也是空氣污染治理的重點。

人為空氣污染源主要有以下幾個方面。

（1）工業(yè)

工業(yè)生產(chǎn)是空氣污染的一個重要來源。工業(yè)生產(chǎn)排放到大氣中的污染物種類繁多，有煙塵、硫氧化物、氮氧化物、有機化合物、鹵化物、碳化合物等。

（2）生活爐灶與采暖鍋爐

大量民用生活爐灶和采暖鍋爐需要消耗大量煤炭，煤炭在燃燒過程中會釋放大量的灰塵、二氧化硫、一氧化碳等有害物質(zhì)污染大氣。特別是在冬季采暖季，生活爐灶與采暖鍋爐是最主要的空氣污染源。

（3）交通運輸

汽車、火車、飛機、輪船是當(dāng)代的主要運輸工具，它們以煤或石油為燃料，產(chǎn)生的廢氣也是重要的污染物。特別是城市中的機動車，量大而集中，是大城市空氣的主要污染源之一。機動車排放的尾氣主要有一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物和碳氫化合物等。

1.1.3　空氣污染評價指標

到目前為止，已知的空氣污染物約有100多種。基于對人體健康的關(guān)注，世界衛(wèi)生組織（WHO）1987年首次提出了針對歐洲的《空氣質(zhì)量準則》，隨后經(jīng)過修訂，于2005年發(fā)布了全球適用的《世界衛(wèi)生組織空氣質(zhì)量準則》。根據(jù)目前可以獲得的有關(guān)這些污染物影響健康的新證據(jù)以及他們在WHO各個區(qū)域目前和今后空氣污染對健康的影響方面的相對重要性，《世界衛(wèi)生組織空氣質(zhì)量準則》對空氣污染評價的主要污染物包括顆粒物（PM）、臭氧（O3）、二氧化氮（NO2）和二氧化硫（SO2）四項主要指標。本書中對世界城市空氣質(zhì)量現(xiàn)狀及發(fā)展演變的調(diào)研也圍繞這四項指標展開。

顆粒物（PM）：顆粒物是懸浮在空氣中，以凝聚相（液體或固體）形式存在的離散粒子。顆粒物的粒徑分布跨越5個數(shù)量級，其范圍從0.001μm（微米）到100μm，即從1nm到0.1mm。世界衛(wèi)生組織的研究結(jié)果表明：顆粒物健康危害效應(yīng)主要是由于可吸入顆粒物（PM10）引起。因此，許多流行病學(xué)研究采用PM10作為人群暴露的指示性顆粒物。PM10代表了可進入人體呼吸道的顆粒物，包括兩種粒徑，即粗顆粒物（粒徑在2.5～10μm）和細顆粒物（粒徑小于2.5μm，PM2.5）。前者主要產(chǎn)生于機械過程，如建筑活動，道路揚塵和風(fēng)；后者主要來源于燃料燃燒。

世界衛(wèi)生組織的研究結(jié)果表明：顆粒物對健康的影響是多方面的，但主要影響呼吸系統(tǒng)和心血管系統(tǒng)。

臭氧（O3）：臭氧是氧的同素異形體，在常溫下，是一種有特殊臭味的藍色氣體，微溶于水，易溶于四氯化碳或碳氟化合物。與高層大氣臭氧層不同的是，地面的臭氧是光化學(xué)煙霧的一個主要組成部分，是由諸如車輛和工業(yè)釋放出的氮氧化物（NOx）等污染物以及由機動車、溶劑和工業(yè)釋放的揮發(fā)性有機化合物（VOCs）與陽光反應(yīng)而形成。

世界衛(wèi)生組織的研究報告表明：高濃度的臭氧暴露可導(dǎo)致呼吸系統(tǒng)問題引發(fā)哮喘、降低肺功能引起肺部疾病。

二氧化氮（NO2）：二氧化氮是一種棕紅色、高度活性的氣態(tài)物質(zhì)，密度1.491kg/m3，溶點-9.3℃，能溶于水，是一種強氧化劑。二氧化氮在臭氧的形成過程中起著重要作用。人為釋放二氧化氮的主要來源是燃燒過程（供熱、發(fā)電以及機動車和船舶的發(fā)動機），大氣核試驗也是二氧化氮的一個來源。

二氧化氮的危害主要是損害呼吸系統(tǒng)。世界衛(wèi)生組織的研究報告表明：動物和人體短期暴露在NO2濃度超過200ug/m3時，會產(chǎn)生急性健康效應(yīng)（哮喘患者支氣管反應(yīng)性增加）；長期暴露高于室外濃度的NO2時也會引起健康危害（支氣管相關(guān)癥狀及影響肺功能）。

二氧化硫（SO2）：二氧化硫是一種無色氣體，帶有刺鼻的氣味。它源自礦物燃料（煤和石油）的燃燒以及對含硫黃礦物的冶煉。人為釋放二氧化硫的主要來源為家庭取暖、發(fā)電和機動車燃燒含有硫黃的礦物燃料。

二氧化硫易溶于人體的體液和其他黏液中，長期作用會導(dǎo)致多種疾病，如上呼吸道感染、慢性支氣管炎、肺氣腫等，危害人體健康。世界衛(wèi)生組織的研究報告表明：SO2短期暴露會誘發(fā)一定程度的肺功能和呼吸道癥狀的改變。長期暴露（大于24小時）會導(dǎo)致死亡率、發(fā)病率升高以及肺功能改變。

1.1.4　空氣污染的危害

空氣污染的危害主要有以下幾個方面。

（1）危害人體健康

人需要呼吸空氣以維持生命。一個成年人每天呼吸大約2萬次，吸入空氣達15～20m3。因此，被污染了的空氣對人體健康有直接的影響。空氣污染物對人體的危害是多方面的，主要表現(xiàn)是造成呼吸道疾病與生理機能障礙，以及使眼鼻等黏膜組織受到刺激而患病。

空氣中污染物的濃度很高時，會造成急性污染中毒，或使病狀惡化，甚至在幾天內(nèi)奪去幾千人的生命。即使大氣中污染物濃度不高，但人體成年累月呼吸污染了的空氣，也會引起慢性支氣管炎、支氣管哮喘、肺氣腫及肺癌等疾病。

（2）危害植物生長

空氣中的污染物，尤其是二氧化硫、氟化物等污染物濃度很高時，會對植物產(chǎn)生急性危害，使植物葉表面產(chǎn)生傷斑，或者直接使葉枯萎脫落；當(dāng)污染物濃度不高時，會對植物產(chǎn)生慢性危害，使植物葉片褪綠，或者表面上看不見什么危害癥狀，但植物的生理機能已受到了影響，造成植物產(chǎn)量下降，品質(zhì)變壞。

（3）影響天氣和氣候

空氣污染物對天氣和氣候的影響也是十分顯著。

①減少到達地面的太陽輻射量：工廠、發(fā)電站、汽車、家庭取暖設(shè)備向大氣中排放的大量煙塵微粒，使空氣變得非常渾濁，從而遮擋了陽光，使得到達地面的太陽輻射量減少。據(jù)觀測統(tǒng)計，在大工業(yè)城市煙霧不散的日子里，太陽光直接照射到地面的量比沒有煙霧的日子減少近40％。

②增加大氣降水量：從大工業(yè)城市排出來的微粒，其中有很多具有水氣凝結(jié)核的作用。因此，當(dāng)大氣中有其他一些降水條件與之配合的時候，就會出現(xiàn)降水天氣。在大工業(yè)城市的下風(fēng)地區(qū)，降水量更多。

③形成酸雨：大氣中的污染物二氧化硫經(jīng)過氧化形成三氧化硫，隨自然界的降水下落形成硫酸雨。硫酸雨能使大片森林和農(nóng)作物毀壞，能使紙品、紡織品、皮革制品等腐蝕破碎，能使金屬的防銹涂料變質(zhì)而降低保護作用，還會腐蝕、污染建筑物。

④增高大氣溫度：在大工業(yè)城市，由于有大量廢熱排放到空中，因此，近地面空氣的溫度比四周郊區(qū)要高一些，這種現(xiàn)象在氣象學(xué)中稱作“熱島效應(yīng)”。

⑤對全球氣候的影響：研究表明，在有可能引起氣候變化的各種大氣污染物質(zhì)中，二氧化碳具有重大的作用。從地球上無數(shù)煙囪和其他種種廢氣管道排放到大氣中的大量二氧化碳，約有50％留在大氣里。二氧化碳能吸收來自地面的長波輻射，使近地面層空氣溫度增高，這種現(xiàn)象被稱為“溫室效應(yīng)”。經(jīng)粗略估算，如果大氣中二氧化碳含量增加25％，近地面氣溫可以增加0.5～2℃；如果增加100％，近地面溫度可以增高1.5～6℃。有專家研究表明，如果大氣中的二氧化碳含量照現(xiàn)在的速度增加下去，會使南北極的冰融化，導(dǎo)致全球的氣候異常。